DE10325211A1 - Gas-tight valve drive with motor and safety closing function - Google Patents

Gas-tight valve drive with motor and safety closing function Download PDF

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Abstract

Gas-tight valve drive with a motor and a safety locking function comprises a rotor (5) located in a gas-tight sleeve (3) and connected via a coupling element (8) to a restoring spring (9) to carry out the safety adjustment. The restoring spring is arranged with the coupling element in front of the rotor in the direction of the valve face (15). Independent claims are also included for alternative gas-tight valve drives. Preferred Features: The restoring spring is a motive spring or a flat spiral spring.

Description

Die Erfindung betrifft einen mittels Motor, insbesondere Linearschrittmotor, angetriebenen, montagesicheren und gasdichten Ventilantrieb, der eine Sicherheitsverstellung für das Schließen des Ventils bei Spannungsausfall durch eine Rückstellfeder aufweist.The The invention relates to a motor, in particular a linear stepping motor, driven, assembly-safe and gas-tight valve drive, the a security adjustment for the closing the valve in the event of a power failure by a return spring.

Stand der Technik sind verschiedene Ausführungen von Magnetventilen mit Rückstellfeder sowie von Motoren mit Rückstellfeder.was standing The technology is different versions of solenoid valves with return spring as well as motors with return springs.

Nach einer in den Druckschriften US 4 782 811 A , US 4 742 989 A , US 4 501 981 A und DE 298 16 447 U1 beschriebenen Bauart besteht der für den Ventilantrieb eingesetzte Schrittmotor aus einem rotierenden Läufer mit integriertem Spindel-Mutter-System zur Umwandlung der Rotations- in eine Translationsbewegung. Als Spindel wird eine Stellstange mit Außengewinde und als Mutter eine Nabe mit Innengewinde eingesetzt. Dabei sind diese Teile so angeordnet, dass die Stellstange mit dem Ventilkegel gekoppelt ist.According to one in the pamphlets US 4,782,811 A . U.S. 4,742,989 A. . US 4,501,981 A. and DE 298 16 447 U1 described type, the stepper motor used for the valve drive consists of a rotating rotor with an integrated spindle-nut system for converting the rotation into a translation movement. An adjusting rod with an external thread is used as the spindle and a hub with an internal thread as the nut. These parts are arranged so that the actuating rod is coupled to the valve cone.

Bei der Drehbewegung des Läufers gleitet die Stellstange längs der Motorachse in der Nabe.at the rotation of the rotor the adjusting rod slides longitudinally the motor axis in the hub.

Eine zur Gewährleistung der Funktion der Sicherheitsverstellung dienende Rückstellfeder ist mit dem Läufer gekoppelt und in Verlängerung der Nabe am axialen äußeren Ende der dem Ventilkegel gegenüber liegenden Seite des Schrittmotors angeordnet.A to guarantee return spring serving the function of the safety adjustment is with the runner coupled and in extension the hub at the axial outer end the opposite the valve cone lying side of the stepper motor.

Mit einer derartigen Anordnung der Rückstellfeder am axialen Ende der Nabe bzw. der Stellstange sind aber eine Reihe von Nachteilen bei der Positionierung und Montage der gespannten Feder verbunden.With such an arrangement of the return spring at the axial end of the hub or the control rod are a row of disadvantages in the positioning and assembly of the tensioned Spring connected.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die Rückstellfeder montagefreundlich so in der axialen Anordnung der Funktionselemente des Ventilantriebes zu positionieren, dass sie ohne Vorspannung eingebaut werden kann und ein einfaches Vorspannen der Rückstellfeder im Fertigungsprozess ermöglicht wird.task The invention is therefore, the return spring easy to assemble so in the axial arrangement of the functional elements of the valve drive position that it can be installed without pretension and a simple biasing of the return spring in the manufacturing process is made possible.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 und 2 angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.A solution of this invention Task is specified in claims 1 and 2. further developments the invention are characterized in the subclaims.

Nach der Konzeption der Erfindung besteht der neue Ventilantrieb aus einem Motorteil und einem Ventilteil mit durchgehender Stellstange.To The concept of the invention consists of the new valve drive a motor part and a valve part with a continuous control rod.

Das Motorteil des Ventilantriebs besitzt den aus dem Stand der Technik bekannten und bewährten Grundaufbau eines Schrittmotors mit Stator und Rotor, wobei über den rotierenden Läufer mit integrierten Spindel-Mutter-System die Umwandlung der Rotationsbewegung in die Translationsbewegung der Motorstellstange des Schrittmotors erfolgt.The The motor part of the valve drive has the state of the art known and proven Basic structure of a stepper motor with stator and rotor, whereby over the rotating runner with integrated spindle-nut system the conversion of the rotational movement into the translational movement the motor control rod of the stepper motor takes place.

Durch dieses Motorteil, das in seinen wesentlichen Elementen aus Stator, Statorverschlußplatte oder Halteplatte, Dichthülse, Dichtung, Rotor und Lagerring besteht, verläuft die Motorstellstange, die in den Ventilkegel des Ventilteils eingreift.By this motor part, which in its essential elements consists of stator, Statorverschlußplatte or holding plate, sealing sleeve, Seal, rotor and bearing ring, the motor control rod runs engages in the valve cone of the valve part.

Das sich in axialer Verlängerung an das Motorteil bzw. an die Kupplung anschließende Ventilteil umfasst die wesentlichen Bauelemente Rückstellfeder, Ventilkörper, Dichtring mit oder ohne Flansch sowie Dichtring und Ventilkegel. Der Rotor des Motorteils greift in axialer Verlängerung der Motorstellstange am anderen Ende der Kupplung an. Die Rückstellfeder greift über die Kupplung an der Rotornabe an.The itself in axial extension to the engine part or to the coupling valve part includes the essential components return spring, Valve body, Sealing ring with or without flange as well as sealing ring and valve cone. The rotor of the motor part engages in the axial extension of the motor control rod at the other end of the clutch. The return spring extends over the Coupling on the rotor hub.

Die Kupplung gewährleistet also die form- und kraftschlüssige Verbindung der Rückstellfeder mit dem Rotor. Die Rückstellfeder ist nicht wie bisher üblich im Motorteil des Ventilantriebs angeordnet sondern schließt als erstes Bauelement des Ventilteils unmittelbar an der Kupplung an und ist über die Kupplung mit dem Rotor und dem sie umhausenden Ventilkörper verbunden. Die Rückstellfeder ist also im Ventilteil des Ventilantriebs vor dem Rotor angeordnet und Rückstellfeder und Rotor sind über die Kupplung miteinander verbunden.The Coupling guaranteed so the positive and non-positive Connection of the return spring with the rotor. The return spring is not as usual arranged in the motor part of the valve drive but closes first Component of the valve part directly on the clutch and is on the clutch connected to the rotor and the valve body surrounding it. The return spring is therefore arranged in the valve part of the valve drive in front of the rotor and return spring and rotor are over the clutch connected.

Nach der Montage sitzt die Rückstellfeder auf der Ventilseite der Kupplung auf, wobei das eine Federnende in die Kupplung eingehängt ist und das andere Federnende am Ventilkörper befestigt ist.To the return spring sits on the assembly the valve side of the clutch, with one spring end in the Coupling hooked in and the other spring end is attached to the valve body.

Durch die an der Kupplung trennbare Anordnung des Ventilantriebs in Motorteil und Ventilteil kann die Rückstellfeder problemlos in den sie umhausenden Ventilkörper eingelegt und über die Kupplung mit dem Rotor gekoppelt werden. Nach der auf diese Weise erfolgten Montage der Rückstellfeder und der mittels Kupplung form- und kraftschlüssigen Verbindung zum Rotor, also Kopplung von Motorteil und Ventilteil, kann die Rückstellfeder durch Bestromen des Motors gespannt werden.By the separable arrangement of the valve drive in the motor part on the coupling and valve part can the return spring easily inserted into the surrounding valve body and over the Coupling to be coupled with the rotor. After doing this installation of the return spring and the positive and non-positive connection to the rotor by means of a coupling, so the coupling of the motor part and the valve part can be done by the return spring be energized by energizing the motor.

Als Hauptvorteile der neuen Lösung sind zu nennen:

  • • Eine einfache Montage des Ventilteils des Ventilantriebs, da die Feder im ungespannten Zustand in den Ventilkörper montiert wird und das anschließende Kupplungsteil ein problemloses Einhängen des inneren Federnendes ermöglicht. Die Vorspannung der Feder kann entweder im Montageprozess durch Drehen am Magneten des Rotors oder nach Abschluss der Montage durch Selbstaufzug mit dem eigenen Stator erfolgen.
  • • Der Einsatz einer Spiralfeder ermöglicht eine Erhöhung der Auflösung (Schritte pro Hub), da die Steigung der Spindel reduziert werden kann.
  • • Durch die Direktankopplung der Feder am Rotor wird im Unterschied zu translatorisch wirkenden Federn, die über den Wirkungsgrad eines Gleitschraubengetriebes o.ä. auf den Rotor zurückwirken, weniger Motormoment benötigt. Das führt zu einem Antrieb mit höherem Wirkungsgrad. Ein Einsatz von Motoren mit höherer Polzahl wird dadurch möglich, was sich ebenfalls in Richtung einer höheren Auflösung auswirkt.
The main advantages of the new solution are:
  • • A simple assembly of the valve part of the valve drive, since the spring is mounted in the valve body in the unstressed state and the subsequent coupling part is a problem-free on allows hanging of the inner spring end. The spring can be preloaded either in the assembly process by turning the magnet of the rotor or after completion of the assembly by self-winding with your own stator.
  • • The use of a spiral spring enables an increase in the resolution (steps per stroke), since the pitch of the spindle can be reduced.
  • • The direct coupling of the spring to the rotor, in contrast to translatory springs, is based on the efficiency of a sliding screw gear or similar. react to the rotor, less motor torque is required. This leads to a drive with higher efficiency. This makes it possible to use motors with a higher number of poles, which also has an effect in the direction of a higher resolution.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von zwei Ausführungsformen des neuen Ventilantriebs unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung.Further Details, features and advantages of the invention result from the following description of two embodiments of the new valve drive with reference to the related Drawing.

Es zeigenIt demonstrate

1 eine erste Ausführungsform in einer Explosionsdarstellung, 1 a first embodiment in an exploded view,

2 die erste Ausführungsform in einer im Schnitt dargestellten Zusammenbau-Zeichnung, 2 the first embodiment in an assembly drawing shown in section,

3 eine zweite Ausführungsform in einer Explosionsdarstellung. 3 a second embodiment in an exploded view.

Zwei Ausführungsformen des neuen Ventilantriebs, bei dem der Rotor 5 mit einer im Ventilteil des Ventilantriebs befindlichen Rückstellfeder 9 über eine – ausgehend vom Ventilteil – vor dem Rotor angeordnete Kupplung 8 verbunden ist, zeigen die 1 und 3.Two embodiments of the new valve drive, in which the rotor 5 with a return spring located in the valve part of the valve drive 9 via a coupling arranged in front of the rotor, starting from the valve part 8th connected, show the 1 and 3 ,

Bei der ersten Ausführungsform in 1 besteht der Motorteil des Ventilantriebs aus den in Montagefolge eingezeichneten Bauelementen Stator 1, Statorverschlußplatte 2.1, Dichthülse 3, Dichtring 4, Rotor 5, mit zugehöriger Motorstellstange 11 und Lagerring 7. Über die Kupplung 8 ist dieser Motorteil mit einem aus folgenden Bauelementen bestehenden Ventilteil gekoppelt: Rückstellfeder 9, Ventilkörper 10, Dichtring 12, Flansch 13, Dichtring 14 und an die Motorstellstange 11 angeschlossenen Ventilkegel 15.In the first embodiment in 1 The motor part of the valve drive consists of the stator components shown in the assembly sequence 1 , Stator closure plate 2.1 , Sealing sleeve 3 , Sealing ring 4 , Rotor 5 , with associated motor control rod 11 and bearing ring 7 , About the clutch 8th this motor part is coupled with a valve part consisting of the following components: return spring 9 , Valve body 10 , Sealing ring 12 , Flange 13 , Sealing ring 14 and the motor control rod 11 connected valve cone 15 ,

Die in 3 dargestellte zweite Ausführungsform besitzt einen ähnlichen Aufbau. Unterschiede gibt es nur bei der Ausbildung von Halteplatte 2.2 und Dichthülse 3, wodurch bei dieser Ausführungsform der in 1 benötigte Flansch 13 entfallen kann.In the 3 The second embodiment shown has a similar structure. The only differences are in the design of the holding plate 2.2 and sealing sleeve 3 , whereby in this embodiment the in 1 required flange 13 can be omitted.

Der für die Ventilantriebe nach 1 bis 3 eingesetzte Linearschrittmotor besteht – wie aus 2 ersichtlich – u.a. aus dem Ständer 1 mit Wicklung 6 und dem Rotor 5. Der Läufer 5 besitzt eine als Nabe 16 mit Innengewinde ausgebildete Hohlwelle, die einseitig in einem Kugellager 17 gehalten und auf der anderen Seite in einem Gleitlager 18 abgestützt ist und dem auf der Nabe 16 aufsitzenden Permanentmagneten 19.The one for the valve actuators 1 to 3 used linear stepper motor - like from 2 visible - among other things from the stand 1 with winding 6 and the rotor 5 , The runner 5 has one as a hub 16 Hollow shaft designed with internal thread, one-sided in a ball bearing 17 held and on the other hand in a plain bearing 18 is supported and that on the hub 16 permanent magnets 19 ,

Die auf den Ventilkegel 15 arbeitende translatorische Stellbewegung wird von der in der Nabe 16 gleitenden Motorstellstange 11 mit Gewinde ausgeübt.The on the valve cone 15 The translatory adjustment movement is carried out by the one in the hub 16 sliding motor control rod 11 exercised with thread.

Die Drehrichtung des Läufers 5 bestimmt die Bewegungsrichtung des an die Motorstellstange 11 angeschlossenen Ventilkegels 15.The direction of rotation of the rotor 5 determines the direction of movement of the on the motor control rod 11 connected valve cone 15 ,

Die Rückstellfeder 9 ist mit dem Rotor 5 über ein Kupplungsstück 8 verbunden. Als Rückstellfeder 9 kann eine Trieb- oder Spiralfeder eingesetzt werden. Die Verdrehsicherung der Stellstange 11 kann im Motor oder auch außerhalb des Motors vorgesehen werden.The return spring 9 is with the rotor 5 via a coupling piece 8th connected. As a return spring 9 a mainspring or spiral spring can be used. The anti-rotation lock of the control rod 11 can be provided inside or outside the engine.

11
Statorstator
2.12.1
StatorverschlußplatteStatorverschlußplatte
2.22.2
HalteplatteRetaining plate
33
Dichthülsesealing sleeve
44
Dichtringseal
55
Rotorrotor
66
Wicklungwinding
77
Lagerringbearing ring
88th
Kupplungclutch
99
RückstellfederReturn spring
1010
Ventilkörpervalve body
1111
MotorstellstangeMotor actuating rod
1212
Dichtringseal
1313
Flanschflange
1414
Dichtringseal
1515
Ventilkegelshuttle
1616
Nabehub
1717
Kugellagerball-bearing
1818
Gleitlagerbearings
1919
Permanentmagnetpermanent magnet

Claims (6)

Gasdichter Ventilantrieb mit Motor und Sicherheitsschließfunktion, dadurch gekennzeichnet, dass ein in einer gasdichten Hülse (3) befindlicher Rotor (5) über eine Kupplung (8) mit einer Rückstellfeder (9) zur Ausführung der Sicherheitsverstellung verbunden ist und die Rückstellfeder (9) mit der Kupplung (8) vor dem Rotor (5) in Richtung Ventilkegel (15) angeordnet ist.Gas-tight valve drive with motor and safety closing function, characterized in that a gas-tight sleeve ( 3 ) located rotor ( 5 ) via a clutch ( 8th ) with a return spring ( 9 ) to carry out the safety adjustment and the return spring ( 9 ) with the clutch ( 8th ) in front of the rotor ( 5 ) towards Ventilke gel ( 15 ) is arranged. Gasdichter Ventilantrieb mit Motor und Sicherheitsschließfunktion, wobei der für den Ventilantrieb eingesetzte Schrittmotor aus einem rotierenden Läufer (5) mit integriertem Spindel-Mutter-System zur Umwandlung der Rotations- in eine Translationsbewegung besteht und als Spindel eine Stellstange (6) mit einem Ventilkegel (15) gekoppelt ist und bei Drehbewegung des Läufers (5) durch eine integrierte Verdrehsicherung im Ventilkörper (10) die Stellstange (6) längs der Motorachse in der Nabe (16) gleitet sowie zur Gewährleistung der Funktion der Sicherheitsverstellung eine Rückstellfeder (9) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilantrieb aus einem Motorteil und einem Ventilteil mit durchgehender Stellstange (11) besteht und die Rückstellfeder (9) als erstes Element des Ventilteils nach der Kupplung (8) mit dem sie aufnehmenden Ventilkörper (10) und über die Kupplung (8) mit dem Rotor (5) des Motorteils gekoppelt ist.Gas-tight valve drive with motor and safety closing function, whereby the stepper motor used for the valve drive consists of a rotating rotor ( 5 ) with an integrated spindle-nut system for converting the rotation into a translation movement and an adjusting rod as a spindle ( 6 ) with a valve plug ( 15 ) is coupled and when the rotor rotates ( 5 ) by an integrated anti-rotation device in the valve body ( 10 ) the control rod ( 6 ) along the motor axis in the hub ( 16 ) slides and a return spring to ensure the function of the safety adjustment ( 9 ) is present, characterized in that the valve drive consists of a motor part and a valve part with a continuous adjusting rod ( 11 ) exists and the return spring ( 9 ) as the first element of the valve part after the coupling ( 8th ) with the valve body ( 10 ) and via the clutch ( 8th ) with the rotor ( 5 ) the motor part is coupled. Ventilantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorteil des Ventilantriebs in seinen wesentlichen Elementen aus Stator (1), Statorverschlußplatte (2.1) oder Halteplatte (2.2), Dichthülse (3), Dichtring (4), Rotor (5) mit Motorstellstange (6) und Lagerring (7) besteht, wobei die Motorstellstange (11) in den Ventilkegel (11) des Ventilteils und der Rotor (5) in die Kupplung (8) eingreift.Valve drive according to claim 2, characterized in that the motor part of the valve drive in its essential elements made of stator ( 1 ), Stator closure plate ( 2.1 ) or holding plate ( 2.2 ), Sealing sleeve ( 3 ), Sealing ring ( 4 ), Rotor ( 5 ) with motor control rod ( 6 ) and bearing ring ( 7 ), with the motor control rod ( 11 ) in the valve cone ( 11 ) of the valve part and the rotor ( 5 ) in the clutch ( 8th ) intervenes. Ventilantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilteil des Ventilantriebs in seinen wesentlichen Elementen aus Rückstellfeder (9), Ventilkörper (10), Dichtring (12) mit oder ohne Flansch (13) sowie Dichtring (14) und Ventilkegel (15) mit durchgehender Stellstange (11) besteht, wobei die Rückstellfeder (9) über die Kupplung (8) an das Nabe (16) des Rotors (5) angreift.Valve drive according to claim 2, characterized in that the valve part of the valve drive in its essential elements from return spring ( 9 ), Valve body ( 10 ), Sealing ring ( 12 ) with or without flange ( 13 ) and sealing ring ( 14 ) and valve cone ( 15 ) with continuous control rod ( 11 ), with the return spring ( 9 ) via the clutch ( 8th ) to the hub ( 16 ) of the rotor ( 5 ) attacks. Ventilantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellfeder (9) nach der Montage auf der Ventilseite der Kupplung (8) aufsitzt, wobei das eine Ende der Rückstellfeder (9) in die Kupplung (8) eingehängt und das andere Ende der Rückstellfeder (9) am Ventilkörper (10) befestigt ist.Valve drive according to one of claims 1 to 4, characterized in that the return spring ( 9 ) after assembly on the valve side of the coupling ( 8th ) with one end of the return spring ( 9 ) in the clutch ( 8th ) and the other end of the return spring ( 9 ) on the valve body ( 10 ) is attached. Ventilantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Rückstellfeder (9) eine Triebfeder oder eine Spiralfeder vorgesehen ist.Valve drive according to one of claims 1 to 5, characterized in that as a return spring ( 9 ) a mainspring or a spiral spring is provided.
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